連續熱鍍鋅生產線氣刀采用縫形噴嘴噴出連續的像刀一樣的扁平氣流把帶鋼表面多余的鋅液吹刮掉，在帶鋼表面留下均勻、適量的鋅層并讓多余的鋅液流回鋅鍋。文章介紹了連續熱鍍鋅生產線氣刀的結構及工作原理，總結了實際生產應用中發現的該設備原始硬件和軟件存在的不足，提出并實施了相應的解決方案。通過對氣刀Harting接頭的改造，實現了氣刀切換的靈活性；邊部擋板控制方式由閉環改為開環，解決了編碼器故障，大大提升生產操作效率；新增氮氣調節閥實現了氣刀由空氣切換氮氣的功能，有助于提高產品質量；氣刀操作畫面修改等優化改造大大提高了操作的便捷性。經過實際操作驗證，各項技術改造后的設備功能運行良好，確保了氣刀的正常、可靠、高效使用。

氣刀是熱鍍鋅生產的重要工藝設備。在連續熱鍍鋅生產線中氣刀通過采用一對橫貫整個帶鋼寬度的縫形噴嘴噴出連續的像刀一樣的扁平氣流，把帶鋼表面多余的鋅液吹刮掉，在帶鋼表面留下均勻、適量的鋅層，并讓多余的鋅液流回鋅鍋，從而達到合理控制熱鍍鋅鋅層的目的。

氣刀結構及工作原理

機械組成

CGL機組氣刀機構組成：2個刀梁，由4臺伺服電機控制刀唇前后調節、4臺異步電動機控制刀唇封閉擋板調節；2個邊部擋板，由2臺伺服電機控制其打開、關閉；2個升降機，由2臺異步電動機控制刀梁升降；1個沉沒輥及刮刀，由1臺異步電動機控制其橫移動作、2個氣缸控制刮刀抬起、壓下；1個糾正輥，由2臺異步電動機控制其工作位置。氣刀基本組成如圖1。

電氣控制組成

系統采用S7-300PLC作為硬件核心。通過Profibus網絡分別連接ET200遠程站，采集現場壓力和溫度等信號；連接DP耦合器，用于同主線CPU進行數據傳輸；連接G120變頻器，驅動氣刀風機進行氣壓控制；連接SEW變頻器，驅動氣刀本體各機構動作；連接SICK編碼器，讀取沉沒輥、糾正輥等位置信號。系統硬件組態如圖2。

氣刀工作原理

氣刀工作原理如圖3所示。

◆空氣模式

SVA12、SVA2和SVA6三個閥門打開，啟動BLOWER2風機為上刀唇供氣；SVA11、SVA1和SVA7三個閥門打開，啟動BLOWER1風機為下刀唇供氣；HMI設定刀唇氣壓后，通過PT1、PT2壓力表反饋實際氣壓值，經過PID閉環控制分別調節BLOWER2和BLOWER1風機轉速，從而輸出設定的氣壓(其余閥門均處于關閉狀態)。

◆氮氣模式

當SVA5打開時，根據設定開度打開N2調節閥，經減壓閥將氮氣輸送至氣刀管道；SVA12、SVA2和SVA9三個閥門打開，啟動BLOWER2風機為上刀唇供氣；SVA11、SVA1和SVA8三個閥門打開，啟動BLOWER1風機為下刀唇供氣；HMI設定刀唇氣壓后，通過PT1、PT2壓力表反饋實際氣壓值，經過PID閉環控制分別調節BLOWER2和BLOWER1風機轉速，從而輸出設定的氣壓(其余閥門均處于關閉狀態)。

氣刀硬件改造及控制功能優化

Harting接頭改造

◆原設計存在的問題

)現場有兩套氣刀，一套用于鍍鋅，另一套用于鍍鋁硅，因為Harting插頭組成部件型號不統一且安裝排列無次序，故無法同時滿足連接兩套氣刀的要求。

2)由于Harting接頭內部相同功能部件的型號、排列次序和接線不統一，因此在兩套氣刀更換過程中必然導致元器件燒毀。

◆優化方案

統一Harting接頭內部組成部件的型號、排列次序和接線，滿足兩套氣刀靈活更換的要求。改造后的Harting示意圖如圖4。

氣刀邊部擋板改造

◆原始設計存在的問題

由于換鍋、換氣刀和沉沒輥時，連接邊部擋板的插頭需要經常性拔插，從而導致插頭里的插針存在松動情況，此外擋板工作在高溫環境，現場的信號干擾因素很大，因此擋板會經常性的報編碼器故障。報故障時擋板無法動作，影響生產，若在焊縫通過時擋板無法自動打開，容易造成生產事故。

◆改造方案

1)重新配置傳動參數，取消編碼器，由閉環控制改為開環控制。

2)加裝激光測距儀，測量并顯示擋板工作的位置，如圖5所示。

3)根據激光測距反饋的位置，程序增加擋板快開、減速以及停止位。

◆控制軟件修改

1)根據當前CMP50M伺服電機參數，選型一臺參數相近的DRS80S4異步電動機作為組態對象，用MOVITOOLS MotionStudio軟件對傳動進行重新配置，取消編碼器，使電機工作穩定，滿足生產需求。

)修改后的程序流程圖如圖6所示。

氣刀增加氮氣調節閥

◆原始設計存在的問題

原設計采用一套減壓閥將壓力為5~8 bar氮氣減壓到130 mbar，由于減壓范圍和氮氣流量大，在開通氮氣后，減壓閥發生喘震，減壓后的氮氣壓力不穩定，氣刀無法正常工作。

◆優化方案

)新增一個電氣調節閥HCP-1，當切換氮氣模式時，通過氣刀HMI操作畫面給定一個目標數值，程序會將閥門立刻打開10%，再逐步打開到設定的目標開度，從而滿足了減壓閥工作的承受能力。

2)在自動模式下，氮氣調節閥可根據設定的氣壓大小自動調節閥門開度。

◆硬軟件控制修改

1)在N2 TOP點位置安裝一個電氣調節閥，如圖7所示。

)修改后的程序流程圖，如圖8所示。

氣刀刀唇封閉編碼器變更調試

◆原始設計存在的問題

氣刀刀唇封閉編碼器為SSI 24 bit型編碼器，采用一轉換模塊將SSI信號轉DP信號，從而將位置信息傳至PLC。由于現場環境惡劣，SSI轉DP模塊經常損壞，且西門位置輸入模塊也無法直接組態SSI 24 bit型編碼器。

◆優化方案

取消原有的SSI轉DP設計方案，重新選型SSI25 bit耐高溫編碼器，采用西門子6ES7 338-4BC01-0AB0位置輸入模組直接讀取位置信號。

◆控制軟硬件的改造

1)重新選型TR CEH58M 5880-00408編碼器，設計加工特定的連接軸進行安裝。

2)采用西門子6ES7 338-4BC01-0AB0位置輸入模組進行組態。

3)按照帶鋼最大寬度的一半715 mm編程，使編碼器讀數和擋板的機械行程對應。

氣刀畫面修改

增加一鍵快開按鈕、增加維護柜按鈕、增加標零畫面，如圖9。

◆原始設計

1)氣刀各機構動作只能通過操作工手動在HMI上點動，或者設定目標數值才能動作。

2)氣刀各動作機構編碼器標零只能在程序里標定。

3)氣刀維護柜上觸摸屏只能對氣刀單側動作。

◆原始設計存在的問題

1)當帶鋼出現瓢曲或板形不好時，操作工無法快速將氣刀和擋板退出，帶鋼容易剮蹭刀唇和擋板，造成設備損傷。

2)氣刀剛上線時，各機構編碼器位置數據丟失，操作工無法快速重新標定。

3)氣刀離線調試時，氣刀只能單側動作，無法兩側同時動作，對離線調試增加了困難。

◆優化方案

1)氣刀HMI上每個界面均增加“快開”按鈕，方便操作工快速打開氣刀。

2)氣刀HMI上設有專門的畫面，可對氣刀所有位置編碼器進行標定。

3)氣刀維護柜新增操作按鈕，滿足離線調試同時操作氣刀兩側刀唇的功能。

結束語

通過對氣刀Harting接頭的改造，實現了氣刀切換的靈活性。邊部擋板控制方式由閉環改為開環，解決了編碼器故障，大大提升生產操作效率。新增氮氣調節閥實現了氣刀由空氣切換氮氣的功能，有助于提高產品質量。氣刀操作畫面修改等優化改造大大提高了操作的便捷性。經過實際操作驗證，各項功能運行良好。

文章來源——金屬世界